JP2005052461A - 生体への電流印加装置 - Google Patents

Abstract

【課題】安全な生体への電流印加装置を提供すること。
【解決手段】生体への電流印加装置は、パルス信号源１０と、パルス信号源の出力信号を微分する微分回路１１と、微分回路の出力信号が入力される定電流駆動回路１２とを備える。この装置は通常の使用時においては、生体に矩形波パルスを印加した場合と同等の波形の電流が流れるが、２つの導子を接触させた場合などには過大な電流は一瞬しか流れないので、安全であり、かつ駆動回路の駆動容量も小さくて済む。また、出力を変化させるには駆動回路の入力電圧の大きさを変えるだけで済むので簡単である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、人体や動物などの生体への電流印加装置に関するものである。

低周波治療器等の筋肉へ電気刺激を与える装置あるいはその他の人体や動物などの生体に電流を印加する電流印加装置が提案されている。図２は、従来の電流印加装置の構成例を示すブロック図である。例えば下記特許文献に開示されているように、従来の電流印加装置は入力電圧に比例した出力電圧が発生する電圧駆動回路によって導子を駆動していた。そして、従来の電流印加装置においては、人体に過大な電流が流れないように過大電流検出回路および出力遮断回路を備えていた。
特開平１０−３３６９５号公報

本発明者が実験した結果、皮膚の部位や導子の電極の構造、個人差等によりかなり変動はあるが、人体に矩形波パルス電圧を印加した場合の電気的な等価回路はコンデンサおよび抵抗を直列に接続したものに近く、人体にはパルスの立ち上がりおよび立ち下がり時に瞬間的に大きな電流が流れるが、その後はただちに減衰し、直流電流はごくわずかしか流れないことが判明した。そして、筋肉の運動を引き起こすためにはパルスの立ち上がりおよび立ち下がり時に瞬間的に大きな電流を流す必要があることも判明した。

ところが、上記したような従来の電流印加装置においては、過大電流検出回路の設定値を小さくし過ぎると、パルスの立ち上がりおよび立ち下がり時に瞬間的に大きな電流を流すことが出来なくなってしまうので、設定値を小さくすることができなかった。しかし、２つの導子を接触させてしまった場合などには継続して過大な電流が流れるので、この場合には電流を制限する必要があった。従って、過大電流検出回路の電流値の設定が難しいという問題点があった。

また、導子の駆動回路はある程度の過大電流が継続して流れても破壊されないように、駆動能力の大きな素子を使用する必要があるという問題点もあった。本発明の目的は上記した従来例の問題点を解決することにある。

本発明の生体への電流印加装置は、パルス信号源と、前記パルス信号源の出力信号を微分する微分回路と、前記微分回路の出力信号が入力される定電流駆動回路とを備えたことを最も主要な特徴とする。

本発明の生体への電流印加装置においては、出力回路に定電流駆動回路を採用し、この回路に矩形パルスの微分波形を入力しているので、通常の使用時においては、生体に矩形波パルスを印加した場合と同等の波形の電流が流れるが、２つの導子を接触させた場合などには、過大な電流は一瞬しか流れないので、安全であり、駆動回路の駆動容量も小さくて済むと共に駆動回路の電源電圧を高くすることができるという効果がある。また、出力を変化させる（電流値を調整する）には駆動回路の入力電圧の大きさを変えるだけで済むので簡単であるという効果もある。

図１は、本発明の生体への電流印加装置の構成を示すブロック図である。パルス信号源１０により発生した矩形波パルスは微分回路１１において微分され、定電流駆動回路１２によって入力された微分波形と相似の電流波形となるように導子の電極１３が駆動される。

図４は、本発明の生体への電流印加装置の実施例１の構成を示す回路図である。パルス信号源１０は例えばＴＴＬレベルで周期が数十ミリ秒〜数秒程度の矩形波パルスを発生する。図３は、本発明の生体への電流印加装置の主要部の波形を示すグラフである。図３（ａ）はパルス信号源１０から出力される矩形波パルス波形を示すグラフである。

矩形波パルスは可変抵抗器によって出力電圧が調整された後、バッファアンプ１４を介してコンデンサおよび抵抗からなる微分回路１１に入力される。この可変抵抗器によって駆動回路の出力電流値を容易に変更可能である。図３（ｂ）は微分回路１１から出力される電圧波形を示すグラフである。矩形波を微分して得られる波形が人体に矩形波電圧を加えたときに流れる電流にほぼ等しい波形となるように微分回路の時定数を決定する。

微分波形電圧はバッファアンプ１５を介して定電流駆動回路１２に入力される。この定電流駆動回路は演算増幅器（オペアンプ）１６を使用したバイラテラル回路と呼ばれる回路であり、出力側の抵抗１７に流れる電流値が入力電圧に比例するように動作する。図３（ｃ）は駆動回路１２から出力される電流波形を示すグラフである。入力波形が同じであれば出力に同じ電流を流すように動作するので、個人毎の電気的特性の差が吸収され、誰でも同じ効果が得られる。

定電流駆動回路１２の出力は導子の電極１３を介して、コンデンサおよび抵抗の直列回路からなる人体の等価回路１８に印加される。抵抗１９は、比較的大きな値の負荷抵抗であり、無くても動作する。しかし、適当な値の負荷抵抗を付けることにより、駆動回路の出力電圧が高圧に維持されることを防止できる。

即ち、入力電圧が微小な値となっても駆動回路は負荷に微小な電流を流そうとするが、負荷がほぼ完全な容量性である場合には、電流を流すために出力電圧が上がり続けて導子の電極電圧が駆動回路の電源電圧、例えば数十〜数百ボルトの高圧となってしまう。また、無負荷の場合においても、例えばバッファアンプ１５の演算増幅器のオフセットの発生によって定電流回路がオフセット分の電流を流そうとした場合も同様に高圧となってしまう。そこで、負荷抵抗を付けることによって、微小な電流を負荷抵抗に流し、出力電圧が高圧になることを防止する。

図５は、本発明の駆動回路の実施例２の構成を示す回路図である。実施例２においては、駆動回路の出力と導子の電極の間にコンデンサ３２を挿入した例である。コンデンサの容量は例えば人体の等価回路のコンデンサよりも大きな値のものを用いる。このコンデンサを挿入することによって人体への駆動電流には影響はないが、直流が遮断されるので、故障時などにおいても人体に直流電流が流れ続けることを防止できる。また、導子の短絡などの場合において駆動回路がより保護される。なお負荷抵抗１９はコンデンサの手前に接続する。

図６は、本発明の駆動回路の実施例３の構成を示す回路図である。この駆動回路３３は図４の実施例１とは別の定電流駆動回路であり、入力電圧と抵抗３５に流れる負荷電流により発生する電圧とが等しくなるように動作する。

なお、実施例においてはパルス信号源は矩形波である例を開示したが、パルス信号源は例えばサイン波をそれより短い任意の周期でオン、オフしたような波形であってもよい。

本発明の電流印加装置の構成を示すブロック図である。 従来の電流印加装置の構成例を示すブロック図である。 本発明の電流印加装置の主要部の波形を示すグラフである。 本発明の電流印加装置の実施例１の構成を示す回路図である。 本発明の駆動回路の実施例２の構成を示す回路図である。 本発明の駆動回路の実施例３の構成を示す回路図である。

符号の説明

１０ パルス信号源
１１ 微分回路
１２ 定電流駆動回路
１３ 電極

Claims (2)

1. パルス信号源と、
   前記パルス信号源の出力信号を微分する微分回路と、
   前記微分回路の出力信号が入力される定電流駆動回路と
   を備えたことを特徴とする生体への電流印加装置。
2. 更に、低電流駆動回路の出力に接続された負荷抵抗を備えたことを特徴とする請求項１に記載の生体への電流印加装置。
   

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